關(guān)于壁掛型空凈一體式空調(diào)凈化模塊實(shí)現(xiàn)方式的探索

劉翔宇

摘 要：空凈一體機(jī)是集空氣凈化與傳統(tǒng)空調(diào)制冷制熱等功能于一體的空調(diào)器，一般家用凈化器凈化方案的實(shí)現(xiàn)方式主要有：HEPA網(wǎng)、IFD、負(fù)離子發(fā)生裝置等。對(duì)于壁掛型空凈一體式空調(diào)凈化模塊的實(shí)現(xiàn)上，需綜合考慮凈化性能、空調(diào)本身制冷制熱性能、噪音、異味以及安全等因素。

關(guān)鍵詞：空凈一體式；凈化；探索

1 概述

空凈一體機(jī)是集空氣凈化與傳統(tǒng)空調(diào)制冷制熱等功能于一體的空調(diào)器，一般家用凈化器凈化方案的實(shí)現(xiàn)方式主要有：HEPA網(wǎng)、IFD[1]、負(fù)離子發(fā)生裝置等。

采用單一HEPA網(wǎng)凈化的方式，凈化性能穩(wěn)定，可靠性及安全性較高，但HEPA網(wǎng)風(fēng)阻較大，對(duì)空調(diào)制冷制熱性能影響較大。又因容塵量限制等因素導(dǎo)致凈化性能衰減較快，需定期更換。

IFD凈化方式：IFD材料原理與靜電集塵技術(shù)相似，即利用高壓電壓形成的強(qiáng)電場(chǎng)吸附PM2.5顆粒。IFD凈化方式風(fēng)阻小，循環(huán)風(fēng)量大，凈化效果較好，兼顧了空氣凈化性能及空調(diào)本身的制冷制熱性能。但其運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生臭氧，臭氧因濃度難控制、過(guò)量的臭氧會(huì)對(duì)人體造成傷害。

負(fù)離子發(fā)生裝置單獨(dú)使用時(shí)，凈化效果不明顯，一般搭配HEPA網(wǎng)一起使用。

對(duì)于壁掛型空凈一體式空調(diào)凈化模塊的實(shí)現(xiàn)方式上，需綜合考慮凈化性能、空調(diào)本身制冷制熱性能、噪音、異味以及安全等因素。

2 空凈一體機(jī)潔凈空氣量影響因素

2.1 有效循環(huán)風(fēng)量

有效循環(huán)風(fēng)量即指固定時(shí)間內(nèi)通過(guò)HEPA網(wǎng)的風(fēng)量，就家用空凈一體機(jī)而言，有效循環(huán)風(fēng)量受兩個(gè)重要因素影響：一是內(nèi)機(jī)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，即空調(diào)室內(nèi)機(jī)總循環(huán)風(fēng)量大小；二是進(jìn)風(fēng)口HEPA網(wǎng)覆蓋率。

（1）內(nèi)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。在其他條件一定的情況下，內(nèi)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與有效循環(huán)風(fēng)量成正相關(guān)，內(nèi)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速越大，通過(guò)HEPA網(wǎng)的空氣量越大，凈化效果越好。

下面是某款家用壁掛空凈一體機(jī)，在其他條件及工況相同的情況下，不同內(nèi)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的CADR值數(shù)據(jù)。

可見在一定范圍內(nèi)，當(dāng)內(nèi)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高，總循環(huán)風(fēng)量隨之增大，有效循環(huán)風(fēng)量也會(huì)增大，CADR值也隨之增大。

（2）進(jìn)風(fēng)口HEPA網(wǎng)覆蓋率。就家用空凈一體機(jī)而言，難以實(shí)現(xiàn)進(jìn)風(fēng)口HEPA網(wǎng)完全覆蓋，這是因?yàn)镠EPA網(wǎng)風(fēng)阻較大，全覆蓋進(jìn)風(fēng)口容易引起噪音較大或音質(zhì)較差等問(wèn)題，這就造成一部分風(fēng)從空調(diào)頂部HEPA網(wǎng)覆蓋的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，而另一部分風(fēng)則從未被HEPA網(wǎng)覆蓋的區(qū)域進(jìn)入，被HEPA網(wǎng)覆蓋的進(jìn)風(fēng)口面積與進(jìn)風(fēng)口總面積的比值即進(jìn)風(fēng)口HEPA網(wǎng)覆蓋率。

以下是內(nèi)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1760rpm，相同HEPA網(wǎng)情況下，不同進(jìn)風(fēng)口HEPA網(wǎng)覆蓋率對(duì)應(yīng)的CADR值數(shù)據(jù)。

從上面的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)空調(diào)進(jìn)風(fēng)口HEPA網(wǎng)覆蓋率100%時(shí)，空氣全部從HEPA網(wǎng)經(jīng)過(guò)，即總循環(huán)風(fēng)量等于有效循環(huán)風(fēng)量，此時(shí)CADR最高。當(dāng)隨著進(jìn)風(fēng)口HEPA網(wǎng)覆蓋率的減少，CADR也隨之下降，這是因?yàn)?，HEPA網(wǎng)風(fēng)阻較大，氣流會(huì)更多地從風(fēng)阻較小的未被HEPA網(wǎng)覆蓋的進(jìn)風(fēng)口流過(guò)，故實(shí)際流經(jīng)HEPA網(wǎng)的有效循環(huán)風(fēng)量較小，CADR也就變小了。

2.2 HEPA濾網(wǎng)網(wǎng)材

HEPA濾網(wǎng)是大部分家用空凈一體機(jī)包括現(xiàn)有空氣凈化器實(shí)現(xiàn)有效凈化功能的核心部件，HEPA濾網(wǎng)的廠家不同，其工藝也不盡相同，HEPA網(wǎng)實(shí)際凈化效果也不一樣。同時(shí)根據(jù)客戶不同需求，HEPA網(wǎng)材質(zhì)也會(huì)不同，列如單一功能HEPA網(wǎng)、夾碳濾網(wǎng)等等，不同材質(zhì)HEPA網(wǎng)功能不一樣，對(duì)于PM2.5的凈化效果也不盡相同。

對(duì)于濾網(wǎng)材質(zhì)對(duì)顆粒物CADR的影響，本文對(duì)比了不同內(nèi)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下夾碳濾網(wǎng)與普通濾網(wǎng)的顆粒物凈化性能，具體結(jié)果如下。

可發(fā)現(xiàn)在其他條件不變的情況下，各內(nèi)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下，普通HEPA網(wǎng)的CADR都比夾碳HEPA網(wǎng)要高出十幾個(gè)立方米，這是因?yàn)閵A碳HEPA濾網(wǎng)在普通HEPA濾網(wǎng)基礎(chǔ)上增加了一層改進(jìn)活性炭層，受到原PET骨架層的限制，在活性炭層之下的靜電熔噴層受到壓縮，從而過(guò)濾顆粒物的性能會(huì)有所下降。

2.3 負(fù)離子濃度

在一定范圍內(nèi)，當(dāng)其他變量一定的情況下，空調(diào)器向室內(nèi)發(fā)散的離子濃度越高，顆粒物CADR值也越高。為方便對(duì)比，這里統(tǒng)一取正對(duì)空調(diào)出風(fēng)口正中距離風(fēng)口70cm處的離子濃度作為對(duì)比。以下是內(nèi)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1380rpm，其他條件不變的情況下，各離子濃度值對(duì)應(yīng)的CADR數(shù)據(jù)。

由上圖可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)其他條件一定的情況下，離子濃度越高，顆粒物CADR越高，這是由于空氣中的負(fù)離子吸附顆粒物，一方面使一部分空氣中的顆粒物沉降至地面，另一方面負(fù)離子使顆粒物帶電后，更容易被HEPA網(wǎng)中的靜電纖維吸附，從而使得CADR有顯著地提升。

3 壁掛型空凈一體機(jī)凈化能力優(yōu)化方案探索

綜合考慮性能、噪音以及安全等因素，HEPA網(wǎng)搭配負(fù)離子發(fā)生裝置的凈化方式相對(duì)而言較為適合家用壁掛空調(diào)器。

對(duì)于負(fù)離子發(fā)生器，前文已經(jīng)論述過(guò)，在一定范圍內(nèi)負(fù)離子濃度越大，CADR也相應(yīng)越大。而就負(fù)離子發(fā)生器本身而言，負(fù)離子發(fā)生器主要由兩大部分構(gòu)成，放電針和荷電模塊，[2]而這兩部分都會(huì)對(duì)負(fù)離子發(fā)生器發(fā)出的負(fù)離子濃度產(chǎn)生影響。

下面就進(jìn)風(fēng)口覆蓋HEPA網(wǎng)搭配出風(fēng)口設(shè)置負(fù)離子發(fā)生裝置的凈化方式進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)論證。

3.1 關(guān)于確定放電針位置的實(shí)驗(yàn)

分別測(cè)試了相同工況下放電針位于風(fēng)道內(nèi)，位于出風(fēng)口右側(cè)假風(fēng)口處、粘在面板下沿風(fēng)口中間位置的CADR。

測(cè)試工況：空調(diào)內(nèi)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1380rpm，夾碳HEPA濾網(wǎng)，負(fù)離子發(fā)生器荷電模塊高壓5.9kV，一個(gè)放電針，空調(diào)導(dǎo)風(fēng)板默認(rèn)位置，被測(cè)機(jī)置于實(shí)驗(yàn)艙中心距地面1.5m處。

發(fā)現(xiàn)放電針粘在面板下沿風(fēng)口中間位置的凈化效果較好，這是由于放電針粘在面板上時(shí)，由放電針發(fā)射出的負(fù)離子直接被氣流帶至實(shí)驗(yàn)艙室內(nèi)環(huán)境中，而不經(jīng)過(guò)導(dǎo)風(fēng)板等結(jié)構(gòu)件，故負(fù)離子也不易被導(dǎo)風(fēng)板等結(jié)構(gòu)件吸附，實(shí)驗(yàn)艙環(huán)境中的負(fù)離子濃度較大，故CADR也最高，但該方案現(xiàn)階段對(duì)壁掛型空調(diào)而言結(jié)構(gòu)上難以實(shí)現(xiàn)，故現(xiàn)階段只能采取放電針嵌入風(fēng)道內(nèi)的方式，且放電針應(yīng)盡量靠近出風(fēng)口。

3.2 關(guān)于確定荷電模塊高壓的實(shí)驗(yàn)

分別測(cè)試了相同工況下5.9kV高壓荷電模塊以及8.3kV高壓荷電模塊的CADR。

測(cè)試工況：空調(diào)內(nèi)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1380rpm，夾碳HEPA濾網(wǎng)，一個(gè)放電針粘在面板下沿風(fēng)口中間位置，空調(diào)導(dǎo)風(fēng)板默認(rèn)位置，被測(cè)機(jī)置于實(shí)驗(yàn)艙中心距地面1.5m處。

從以上數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)當(dāng)荷電模塊高壓由5.9kV提升至83kV時(shí)，CADR提升并不明顯，只提升了9m3/h，可見當(dāng)單純提升荷電模塊高壓對(duì)CADR的提升意義不大，這是因?yàn)?.9kV高壓形成的電場(chǎng)已能提供足夠高的負(fù)離子濃度，而負(fù)離子濃度繼續(xù)增大，其衰減的程度就越大，且從安全角度考慮，荷電模塊高壓也不宜過(guò)高，故5.9kV高壓的荷電模塊已經(jīng)足夠。

3.3 關(guān)于確定放電針類型的實(shí)驗(yàn)

分別測(cè)試了相同工況下金屬放電針以及碳纖維放電針的CADR。

測(cè)試工況：空調(diào)內(nèi)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1380rpm，夾碳HEPA濾網(wǎng)，放電針置于風(fēng)道內(nèi)，空調(diào)導(dǎo)風(fēng)板默認(rèn)位置，被測(cè)機(jī)置于實(shí)驗(yàn)艙中心距地面1.5m處。

從以上數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，相同工況下，采用碳纖維放電針比采用金屬放電針時(shí)的CADR高50m3/h左右，這是因?yàn)樘祭w維放電針較金屬放電針發(fā)射的負(fù)離子更為發(fā)散，發(fā)射負(fù)離子束的指向性較金屬放電針弱，導(dǎo)致當(dāng)碳纖維放電針發(fā)射出的負(fù)離子束更容易隨出風(fēng)口吹出的氣流散發(fā)到艙內(nèi)環(huán)境中，而不是更容易吸附在導(dǎo)風(fēng)板表面上。

4 結(jié)論與展望

對(duì)于家用壁掛型空凈一體機(jī)，在凈化模塊實(shí)現(xiàn)方式的選擇上應(yīng)從凈化性能、制冷制熱性能、噪音、異味、電氣安全以及整機(jī)可靠性方面綜合考慮衡量。

根據(jù)凈化模塊實(shí)現(xiàn)方式的不同，影響整機(jī)空氣凈化性能的因素主要有：內(nèi)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)風(fēng)口HEPA網(wǎng)覆蓋率、HEPA網(wǎng)網(wǎng)材以及負(fù)離子濃度等。

在空調(diào)出風(fēng)口增加負(fù)離子發(fā)生裝置對(duì)空調(diào)的空氣凈化性能有較大提升，但應(yīng)注意出風(fēng)口布置放電針的個(gè)數(shù)、位置以及放電針的選型等關(guān)鍵問(wèn)題。

測(cè)試數(shù)據(jù)顯示在空調(diào)出風(fēng)口布置1～2個(gè)放電裝置即可滿足要求，對(duì)于家用壁掛機(jī)碳纖維放電針較金屬放電針有優(yōu)勢(shì)，荷電模塊高壓不宜過(guò)高，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，最好控制在6kV以內(nèi)。

以上是我們?cè)谧霰趻煨涂諆粢惑w機(jī)開發(fā)時(shí)的一些經(jīng)驗(yàn)，希望對(duì)之后的研究人員有所啟發(fā)。因時(shí)間及筆者水平有限，不足之處請(qǐng)讀者指正和諒解，謝謝！

參考文獻(xiàn)：

[1]良良.“健康空調(diào)”和“負(fù)離子發(fā)生器”[J].中外輕工科技，2000（04）.

[2]曾建民，劉建衛(wèi).略談空氣離子與負(fù)離子發(fā)生器[J].電子技術(shù)，1983（12）.